玻璃真空管結(jié)構(gòu)如同一個(gè)拉長的暖瓶膽，內(nèi)外層之間為真空，在內(nèi)玻璃管的表面上利用特種工藝涂有光譜選擇性吸收涂層，用來最大限度地吸收太陽輻射能，經(jīng)陽光照射，光子撞擊涂層，太陽能轉(zhuǎn)化成熱能；由于兩層玻璃之間真空狀態(tài)、高效的吸收膜和反射膜的存在，致使玻璃真空管的吸熱效率可達(dá)93％以上，自身保溫效果極佳，空曬溫度可達(dá)280℃以上。
0引言
太陽能玻璃真空管是中國人在新能源探索與實(shí)踐中的驕傲。它成就了中國光熱產(chǎn)業(yè)，我們只用了十年時(shí)間就建立起了世界太陽能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)體系，走完了西方發(fā)達(dá)國家需要30年甚至60年才能走完的工業(yè)化之路。所有這些成功，我們不得不感謝太陽能玻璃真空管。
1真空管式太陽能熱水器的發(fā)展
太陽能玻璃真空管大于93％的吸熱效率，低于6％熱損失，以十幾元的成本，換來的卻是在其整個(gè)生命周期內(nèi)約900kWh的熱能（壽命15 年計(jì)），若用電直接產(chǎn)生1kWh熱能的約需0.6 元錢的話，這根真空管可帶來約540元的收益。簡單的計(jì)算就可以清楚地說明太陽能玻璃真空管的技術(shù)商業(yè)價(jià)值，在太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，及至擴(kuò)大到整個(gè)新能源領(lǐng)域，它的生命力與擴(kuò)張性是無法阻擋的。
當(dāng)然，太陽能玻璃真空管的成功不僅僅是因?yàn)樗男詢r(jià)比，十幾年前農(nóng)村與三四線城市對(duì)熱水的需求與滿足需求產(chǎn)品的空缺也是造就太陽能玻璃真空管的成功至關(guān)重要的因素，十幾年前的農(nóng)村與三四線城市電力設(shè)施非常脆弱，甚至沒有，帶壓的自來水管網(wǎng)相對(duì)較少，燃?xì)夤芫W(wǎng)更是稀少，老百姓在春、秋與冬天一般一年去浴室洗一次或兩次澡，用點(diǎn)熱水是比較困難的事，家里用火燒一點(diǎn)熱水也主要用于飲用，燃?xì)鉄崴鳠o法工作，電熱水器由于沒有水壓、水質(zhì)差、安全等問題也不好應(yīng)用，平板太陽能更是無用武之地，這樣的生活狀態(tài)為太陽能玻璃真空管式太陽能提供了市場(chǎng)機(jī)會(huì)，整體式太陽能玻璃真空管式太陽能熱水器結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)水質(zhì)、水壓要求低，對(duì)電力沒有依賴性，預(yù)貯存一箱水，太陽升起，真空管把真空管內(nèi)水加熱，被加熱的水在熱對(duì)流的作用下，使水箱水加熱，熱水靠重力的作用流下來使用。
2真空管式太陽能熱水器的瓶頸
十幾年過去了，人們的生活條件整體提高了，大多城市都有了穩(wěn)定的電力供應(yīng)和帶壓的自來水管網(wǎng)系統(tǒng)，甚至也有相當(dāng)部分的農(nóng)村具有穩(wěn)定的電力供應(yīng)和帶壓的自來水管網(wǎng)系統(tǒng)，但燃?xì)夤芫W(wǎng)相對(duì)還比較少。高安全性、高品質(zhì)熱水的太陽能熱水器已成為人們需求的方向。
真空管式太陽能熱水器為滿足這種需求也做了很多改變，比如相繼誕生了分體承壓熱管式太陽能熱水器、分體承壓U 型管式太陽能熱水器及最新的“歐克”同心管式承壓太陽能熱水器，承壓已成為太陽能熱水器發(fā)展的方向，這一點(diǎn)和歐洲發(fā)達(dá)國家對(duì)太陽能熱水器的要求是一致的。從目前來看，只有承壓系統(tǒng)才比較附合現(xiàn)代生活熱水應(yīng)用習(xí)慣，這種熱水應(yīng)用習(xí)慣與其它種類熱水器（電熱水器、燃?xì)鉄崴鳎┑拇嬖谑怯嘘P(guān)系的。電力與水力設(shè)施的逐步完善，使電熱水器、燃?xì)鉄崴鲬?yīng)用更加方便，應(yīng)用人群更加廣泛，太陽能熱水器已不再是用戶的必需的選擇（在拋開政府強(qiáng)制與環(huán)保的考慮下），也就是說，今后太陽能熱水器生存的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力應(yīng)該為：至少能提供如電熱水器、燃?xì)鉄崴魍瑯拥臒崴焚|(zhì)，綜合熱水成本低的產(chǎn)品。再加之太陽能需要和建筑結(jié)合這一問題，事實(shí)上，現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)太陽熱水器提出了更高的要求。
當(dāng)然，我們很多以真空管熱水器為主企業(yè)還有一些農(nóng)村或三四線城市的市場(chǎng)，再加之政府的支持及環(huán)保理念的推廣，大多企業(yè)還在發(fā)展，但我們也應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到，市場(chǎng)已經(jīng)開始有很大的變化。平板太陽能的銷售在急劇上升，行業(yè)已經(jīng)開紿出現(xiàn)清理整頓的跡象。
平板太陽能銷售的增長，其實(shí)正說明消費(fèi)者對(duì)環(huán)保、安全、高品質(zhì)熱水的需求，在此要再特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，環(huán)保是我們這個(gè)行業(yè)沉淀下來最珍貴的東西，我們無論如何不能因其它的問題而毀了它。
玻璃真空管式太陽能熱水器我們發(fā)展了十幾年，但我們可以提供安全、高品質(zhì)熱水的熱水系統(tǒng)卻不多，尤其是針對(duì)現(xiàn)代家庭，玻璃真空管式太陽能承壓熱水系統(tǒng)在整個(gè)行業(yè)占3％都不到，即使在大品牌公司內(nèi)，也基本不超過10％，玻璃真空管式太陽能承壓熱水系統(tǒng)的增長速度遠(yuǎn)低于平板太陽能承壓熱水系統(tǒng)的增長速度。
3 克服“過熱”將為太陽能真空管提供發(fā)展機(jī)會(huì)
3.1 真空玻璃管存在的問題
1、太陽能真空玻璃管式太陽能熱水器必須實(shí)現(xiàn)安全、舒適、性價(jià)比高的承壓熱水系統(tǒng)。
只有安全、舒適、高性價(jià)比的熱水系統(tǒng)才是打動(dòng)消費(fèi)者的主牌，節(jié)能、環(huán)保將是它打動(dòng)消費(fèi)者的一手好的副牌。
2、當(dāng)前的真空玻璃管式太陽能熱水系統(tǒng)大多還存在可能的“過熱”、較高的成本、系統(tǒng)的復(fù)雜等問題。
3.2 太陽能熱水器“過熱問題”
真空玻璃管吸熱率高、散熱率低，致使其自身溫度可高達(dá)280℃以上。太陽能熱水器最大不同于電熱水器或燃?xì)鉄崴鞯牡胤剑簝?yōu)點(diǎn)是太陽能熱水器利用的能源是清潔的、免費(fèi)的；缺點(diǎn)為太陽能具有不連續(xù)性和不可控性，你需要時(shí)它可能沒有，你不需要時(shí)，它可能給你很多。只要太陽升起，太陽能真空管就會(huì)自動(dòng)收集熱量，但這些熱量如果你沒有及時(shí)用掉（也許是因你離家旅游、也許是因你換房空置等），這些熱量若沒有辦法及時(shí)的散失掉，熱量就會(huì)累積，溫度就會(huì)上升。如果溫度上升超過100度，非承壓的太陽能熱水器就會(huì)“開鍋”，產(chǎn)生水蒸汽排掉散熱；承壓系統(tǒng)的水壓就會(huì)隨溫度升高而逐漸增大，常規(guī)的承壓系統(tǒng)一般通過排水泄壓降溫散熱。但系統(tǒng)因各種原因沒有了水的存在（比如因系統(tǒng)泄漏，比如我們離家時(shí)為了家里水系統(tǒng)的安全而關(guān)閉了水閥等），真空管式太陽能熱水器溫度會(huì)升高至系統(tǒng)無法承受的狀態(tài)而至使系統(tǒng)損壞，尤其是承壓分體系統(tǒng)，系統(tǒng)也可能因控制、傳感器、循環(huán)泵等故障而不能及時(shí)把熱量傳入水箱，集熱器部分溫度會(huì)短時(shí)間內(nèi)就可升至系統(tǒng)無法承受的程度。
如果有一個(gè)辦法能讓太陽能真空管在任何情況下最高溫度都不超過200℃，那這個(gè)辦法就是太陽能真空管獲得新生的關(guān)鍵技術(shù)。但這個(gè)技術(shù)不能以降低太陽能真空管的熱性能、降低太陽能熱水系統(tǒng)的舒適性、增加過多的成本、減少熱水器的適用范圍為代價(jià)。
為什么會(huì)定義最高溫度不超過200℃。我們知道：1、太陽能熱水器密封件大多用的硅橡膠，硅橡膠使用溫度最好不要超過200℃；2、分體太陽能熱水器系統(tǒng)一般用乙二醇、丙三醇水溶液或?qū)嵊妥鰹檠h(huán)傳熱介質(zhì)，乙二醇、丙三醇或油在200℃會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)。
4為解決“過熱問題”用過的方法
試看一下，我們現(xiàn)在都用了什么辦法試圖去解決因太陽能真空管的高溫而產(chǎn)生的過熱問題。
辦法1：系統(tǒng)非承壓：
開口系統(tǒng)，這是我們大多傳統(tǒng)真空管式太陽能的結(jié)構(gòu)，有一根直通大氣，當(dāng)太陽能過多時(shí)，也就是太陽能超過100℃，水箱里的水“開鍋”，排出蒸汽散熱。
但這種系統(tǒng)存在的問題為：
A.降低了系統(tǒng)的舒適性。非承壓的系統(tǒng)會(huì)給用戶帶來因水壓不均衡而造成的水溫波動(dòng)問題；
B. 降低了熱水器的適用范圍：這種熱水器只能安裝于更高處；
C.沒有徹底解決“過熱”問題，當(dāng)熱水器斷水時(shí)，系統(tǒng)仍會(huì)出過熱問題。
辦法2：承壓系統(tǒng)采用T/P閥：
T/P閥，即溫度/ 壓力安全閥，該閥的功能是當(dāng)溫度超過或壓力超過設(shè)定的域值時(shí)，閥門打開，在太陽能熱水系統(tǒng)中，一般域值溫度為99℃，壓力0.6MPa。
當(dāng)前，絕大多數(shù)承壓太陽能熱水系統(tǒng)將該閥安裝在水箱上，做為真空管式太陽能熱水系統(tǒng)防“過熱”的主要手段。
T/P閥是實(shí)現(xiàn)真空管式太陽能熱水系統(tǒng)防“過熱”的成本較低的可行手段，但這種可行性是有兩個(gè)前提條件的：一是該太陽能熱水系統(tǒng)不能斷水，顯然這一點(diǎn)是難以做到絕對(duì)的可靠，系統(tǒng)內(nèi)缺水是有可能發(fā)生的（房屋長時(shí)間空置是要斷開水路）；二是該太陽能熱水系統(tǒng)要求集熱器的熱量能夠可靠的轉(zhuǎn)移到水箱內(nèi)。
當(dāng)前承壓型的真空管式太陽能熱水系統(tǒng)主要為兩類，一類為自然循環(huán)式的，另一類為強(qiáng)制循環(huán)式的。自然循環(huán)式系統(tǒng)的可以相對(duì)可靠的將集熱器的熱量轉(zhuǎn)移到水箱內(nèi)，但這種系統(tǒng)安裝與應(yīng)用非常受限，一般只能屋頂或陽臺(tái)安裝。強(qiáng)制循環(huán)的真空管式太陽能熱水系統(tǒng)是很難較好的保證集熱器的熱量可靠的轉(zhuǎn)移到水箱去，傳感器、控制器、循環(huán)泵等故障均會(huì)造成集熱器的熱量無法轉(zhuǎn)移到水箱。
辦法3：遮陽措施：
在系統(tǒng)可能過熱時(shí)，去人為遮陽或被動(dòng)自動(dòng)遮陽。遮陽即為在集熱器的表面用一覆蓋物檔住陽光，防止真空管繼續(xù)吸熱，以防止太陽能熱水系統(tǒng)“過熱”一種為人為遮陽，在長期不用時(shí)，人為采取措施將太陽能集熱器上面的陽光遮擋，這種方式給消費(fèi)者帶來不安全感與麻煩。
另一種被動(dòng)自動(dòng)遮陽，當(dāng)感知太陽能熱水系統(tǒng)溫度過高進(jìn)，遮陽機(jī)構(gòu)自動(dòng)運(yùn)行，遮住陽光，這方式的可靠性不高，遮陽機(jī)構(gòu)的故障不能保證不發(fā)生。
辦法4：改進(jìn)太陽能真空玻璃管，使之具有低溫區(qū)仍具有高效吸熱的性能，高溫區(qū)具有較差的吸熱性能：
這種方法在技術(shù)實(shí)現(xiàn)有一定的難度，迄今為止還沒有成功過，主要是降低了高溫區(qū)的性能，隨之而來的高溫區(qū)性能下被下降。
研究人員試圖在真空管的內(nèi)表面涂覆可變色的的涂層，低溫時(shí)，該膜具有好的吸熱特性，高溫時(shí)，該膜顏色變淺，吸熱性能變差。但可惜的是這種類型的涂層的壽命無法保證長效。
另一種方法研究人員試圖在雙玻璃層內(nèi)添加某種物質(zhì)，使之在低溫時(shí)具有極低的蒸氣壓，而在溫度較高時(shí)，具有較高的蒸氣壓，即在高溫區(qū)時(shí)雙玻璃管內(nèi)真空度下降，從而增加真空管在高溫區(qū)的散熱效果，但這種方式難點(diǎn)在于，第一這種物質(zhì)比較難以尋找到，第二真空管在工作時(shí)，內(nèi)表面溫度高，外層管溫度較低，物質(zhì)蒸發(fā)后會(huì)冷凝在外表面上，造成真空管失效。
5解決“過熱”未來之路
換一個(gè)角度思考問題。我們都知道有一個(gè)現(xiàn)象：內(nèi)陸地區(qū)，尤其是沙漠地區(qū)，晝夜溫差極大，就象我國的新疆“早穿皮襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜”；而在沿海地區(qū)，晝夜溫差相對(duì)較小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象原因是地表的“熱容”不同，沙漠地區(qū)地表的“熱容”較小，貯存太陽能熱的能力較差，有太陽，溫度上升就快，沒太陽，溫度下降也快，造成晝夜溫差較大；而沒海地區(qū)，地表的“熱容”相對(duì)較大，升降溫均比較慢，晝夜溫差也相對(duì)較小。
同樣的道理，如果增加太陽能真空管的熱容，也會(huì)降低太陽能真空管的最高溫度。
太陽能雖然不具有連續(xù)性和可控性，但太陽會(huì)早上升起，傍晚落下，日復(fù)一日，年復(fù)一年，重復(fù)著這一過程，這種規(guī)律可為我們實(shí)現(xiàn)降低太陽能真空管最高溫度提供了可能。
太陽能在白天輻照強(qiáng)度接近一個(gè)正態(tài)分布曲線，太陽光輻射較強(qiáng)的是從上午9點(diǎn)到下午4點(diǎn)，最強(qiáng)主要出現(xiàn)在正午11點(diǎn)～15點(diǎn)間，太陽能真空管的最高溫度也出現(xiàn)在這一時(shí)間段，如果有一個(gè)辦法可以增加太陽能真空管內(nèi)的熱容，使太陽能真空管能夠熬過正午11點(diǎn)～15點(diǎn)間，15點(diǎn)以后太陽的輻射強(qiáng)度已經(jīng)不足，太陽能真空管內(nèi)的溫度也就不至于上升過高。
所以增加太陽能真空管內(nèi)的熱容是可能降低真空管的瞬時(shí)高溫。但以這種方法能夠成功實(shí)現(xiàn)降低真空管的瞬時(shí)高溫還需要兩個(gè)條件：一為太陽能真空管內(nèi)的熱容必然足夠大；二為每天早上太陽真空管內(nèi)的熱量要處于比較低的水平，也就是說晚上太陽能真空管要散去足夠多的能量，為第二天接受新的太陽能準(zhǔn)備好空間余量。
這種方法帶來的一個(gè)缺點(diǎn)為：晚上太陽能真空管需要散去一定的熱量。在這里，我們很有必要討論一下這個(gè)缺點(diǎn)是否可以被接受。換句話說，在太陽能熱水應(yīng)用領(lǐng)域，我們到底應(yīng)該如何利用太陽能，因?yàn)?/span>現(xiàn)行的行業(yè)內(nèi)的能效標(biāo)準(zhǔn)有可能會(huì)誤導(dǎo)太陽能熱水領(lǐng)域的發(fā)展。
